www.pi314.net


Histoire
Mathématiciens
Toutes les formules
Approx. numériques
Programmes
Algos perso/divers
Décimales
Poèmes
Articles/vidéos
Délires !
 Pi-Day
Images/Fonds
Musique
Liens sur Pi
Bibliographie



Boris Gourévitch
L'univers de Pi - V2.57
modif. 13/04/2013

Google
Accueil Historique/Actu (Pi, site, moi) Edito Livre d'or Pages en .pdf Je me présente Quelques photos Remerciements Page des nets d'or Sites qui m'indexent Derniers changements Contact

Cette page en français This page in English


7 s  entier fixé,v = pq  , x = 31n   : BBP en base 3

Tant de résultats déjà ! Mais ce n’est pas fini... en effet, même si l’on ne peut pas trouver des formules BBP pour toute base, une autre classe importante de formules BBP a été obtenue pour la base 3, ce qui correspond en fait à prendre x = 13n  . Là encore, Gery Huvent a le mieux expliqué toutes ces relations dans [12].

7.1 Formules pour p V~ 3

On reprend le même type d’intégrales que pour la base 2, mais c’est cette fois-ci le 3 qui est omniprésent dans les polynômes.

Un calcul élémentaire montre que

pict

En annulant les coefficients de ln(2)  et ln(3),  on obtient la formule BBP  pour   V~ 
p 3   :

pict

Le cas particulier suivant est le plus élégant (               )
 b = 0,d = -e = 13  :

  V~ -    2-  oo  sum  -1-(--34--   --34--   --33--  ---3--   --3---   ---1---)
p  3 = - 33   36i 12i+ 2 + 12i+ 3 + 12i+ 4- 12i+ 8 - 12i+ 9-  12i+ 10
           i=0
(Huvent)

7.2 Formules d’ordre 2 : intégrales avec ln(y)

Il existe (p,q,r)  réels tels que

pict

( les deux membres sont des formes linéaires en (a,b,c)  décomposées sur deux base différentes du dual de R3  )
Plouffe a montré que

pict

ce qui traduit sous forme intégrale, donne

    integral              integral              integral 
     1 ln(y)y-      1 ln(y)y-      1ln(y)(2y--3)-    p2-
-2  0 2y2- 3dy +  0 2 y2 + 3dy + 0 y2 - 3y+ 3 dy = 18
(271)

et correspond à l’égalité                 p2-
I1(-2,1,1) = r = 18  . On en déduit la valeur de r  .

Or on a

pict

        sum  oo  k
L2(z) =   z2
       k=1k
On en déduit

            (  )
3p- 2q = 1 L2 1
        4     9
(273)


Mais Ramanujan a prouvé que

  (  )       (  )    2    2
L2  1  - 1L2  1   = p--  ln-(3)-
    3    6    9     18     6
(274)

En utilisant

pict

On en déduit

  (8    4  )     (1 )   1  (1 )
I1  -,- -,0  = L2  -  - -L2  -
    6   6          3    6    9
(276)

et

       2     2
-2q = p--- ln--(3)-
 3    18     6
(277)

De (273) et (277) on tire les valeurs de p  et q  et l’égalité

                                                     ( )
                    p2-             ln2(3)-         L2-19--
I1(a,b,c) = (a- b+ 5c)36 + (- a+ b- 3c) 12  + (a+ 2b) 12
(278)

Remarque 7   (  4 2  )       1   1  (1 )    1     1  2
I1 - 3,3,0 = L2(- 3)- 3L2  9 = - 18p2 + 6 ln 3  est une autre relation prouvée par Ramanujan .

Remarque 8

pict
o`u P (y) = 4y11 - 9y10 + 81y9 + 117y7 + 81y6 + 972y5 + 243y4 + 1053y3 + 6561y- 2187

On en déduit

pict

Remarque 9                  (         )
I (a,b,0) = (a- b) p2-  ln2(3) + (a+ 2b)L2(19)= a integral  12 ln(y)ydy + b integral 12 ln(y)ydy
 1                36    12            12      0  y2-3       0  y2+3  , avec a = -2  et b = 1  et le changement de variable      2
u = y   , on obtient

 integral  1 ln-(u)(u-+-9)   1  2  1  2
 0    u2 - 9  du = 6 p - 2 ln (3)
(281)

et l’égalité

 sum  oo  1    oo  sum      1       2 2     2
    9ii2+    -i(---1)2 = 3p - 2 ln (3)
i=1      i=0 9  i+ 2
(282)

Remarque 10

  oo        oo 
 sum   1-+  sum  --(-1--)=2  ln 3
 i=1 9ii  i=09i i+ 12
(Huvent)

7.3 Formules d’ordre 3 : Intégrales avec ln2
 (y)

Ici encore, l’ordre 3 introduit des formules donnant   3
p  et autres     3
ln(2)  mais aussi z(3)  .

Il existe ainsi (p2,q2,r2)  réels tels que

pict

Le calcul de r2  est élémentaire car

pict

Proposition 11 On a

13          (1 )   p2ln(3)     (  1 )  ln3(3)
-- z(3)- 6L3  -  -  -------+ 3L3  --  + ----- = 0
 2           3       2            3      2
(285)


Cette relation est équivalente à

pict

Preuve. L’équation de Kummer pour les polylogarithmes d’ordre 3  s’écrit

pict

Avec x = 2
    3   et y = 1,
    3  on obtient

pict

L’équation de Landen est

                    (     )
                      -z---         p2-          1       2        1  3
L3(z)+ L3(1 - z) + L3  z- 1  = z(3)+  6 ln (1- z)- 2 ln(z)ln (1- z)+ 6 ln  (1 - z)
(290)

Appliquée à z = 3
   4   et à z = 2
    3   , elle permet d’exprimer L3(3)
   4 et L3 (2)
    3 en fonction de L3 (1), L3(-2), L3(- 1)
    3                3 et     L3(1)
       4 . La relation

  (1-)                 p2- ln3(-z)
L3  z  = L3(z)+ ln(-z) 6 +    6
(291)

appliquée à 3, 2,- 2
4  3  et - 3  permet de simplifier le membre de gauche de (289).
Il reste ensuite à utiliser les deux égalités suivantes

pict

pour conclure.  _

Avec  integral 1 ln2(y)y      1  (1)
 02 y2-3 dy = - 2L3 3 et  integral  1 ln2(y)y     1   ( 1)
 02  y2+3 dy = -2L3  -3 ,  (285) peut s’écrire

pict

Si on remplace p2  par sa valeur en fonction de q2,  le membre de droite de I2(a,b,c)  devient un polynôme de degré   1  en         q2  dont le coefficient de q2  est égal à  3
ln-(63)c  . Ainsi I2(a,b,0)  ne dépend pas de q2  . Après calculs, on obtient

   integral  1 2           integral  1  2                   (  )           (                 2    )
a    2ln2(y)ydy+ b    2ln2-(y)ydy = - (a+-2b)L3  1  + (--a+-b)  13z(3)+ ln3(3) - p-ln(3)-
   0  y - 3        0  y + 3          12       9       36                      36
(294)

En particulier, on obtient avec a = 1,b = - 1

    integral  1      2              3                (1)    2
12    ----yln-(y)----dy = - ln-(3) - 13z(3)+ L3-9-+  p-ln(3)
    0 (y2- 3)(y2 + 3)       18    18        24       18
(295)

ce qui donne l’égalité

 oo         oo              (  2       )
 sum  -1-+  sum  ----1---- = 4-ln-(3)--p2-ln(3)+  52z(3)
i=1 9ii3  i=09i(i+ 1)3           3           3
                 2
(Huvent)

Remarque 12 On peut aussi prendre a = -2,  b = 1  et faire le changement de variables u = y2   qui conduit à

 integral  1 2
   ln-(u)2(u+-9)du = -1 ln3 3+ 1p2 ln 3- 13z (3)
 0     u - 9         3       3         3
(296)

et à la même égalité pour les séries.

Il reste à calculer les valeurs exactes de p2  et q2  .

Proposition 13 On a l’égalité

 integral 
  1ln2(y)(2y--3)-      26      5p2-ln-(3)   ln3-(3)-
 0  y2- 3 y+ 3 dy = - 9 z(3)+    36    -  12
(297)

Preuve. L’équation de Landen appliquée à z =-1
   z1   où          V~ -
z1 = 3 + i-3
    2    2   est une racine de y2 - 3y+ 3  (l’autre racine est     z2   telle que -1 = 1- -1
z2      z1   ) donne

  ( 1 )     (     1)     (  2p)         5p2ln(3)  ln3(3)  2ip3
L3  z-  + L3  1- z-  + L3 ei 3  = z(3)- ---72---+ --24--+ -81-
     1            1
(298)


Or    (   )
L3  ei2p3  = - 4z(3)+ 2ip3
             9       81   et                    (   (  )     (  ))
 integral  1ln2(y2)(2y-3)dy = - 2 L3-1 + L3  -1
 0  y -3y+3             z1       z2 . On en déduit que

pict
 _

En utilisant les équations (293) et (299), on en déduit que

pict

Et ainsi

                                                         (  )
I (a,b,c) = --a+-b--3-cln3(3)+ a---b+-5cp2ln(3) + --a--2bL   1  + 13-(--a-+-b--8c)z(3)
 2             36                36              24     3 9           36
(302)

Remarque 14 Avec a = - 2,b = c = 1  on obtient

          (                      )
   integral  1 ln2(y)-y4--8y3 +-18-y2--24y+-9   p2ln(3)  65
3  0   (y2- 3)(y2 + 3)(y2 - 3y+ 3)  dy =   18   - 36 z(3)
(303)

et la formule BBP suivante

pict


Retour à la page d'accueil